一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，该方法以V2V能量交换系统为基础，依据电池的理想充放电时间间隔数，对其进行离散化，并分别在时间层和空间层定义了匹配函数，以充电与放电车辆理想充/放电时间间隔数相等为时间层最佳匹配，以充电和放电车辆的总行驶距离作为空间层匹配指标；最后，在此基础上，制定了匹配式V2V实时能量交换方法，以选择对双方都有利的车辆。与现有技术相比，本发明专利技术具有能保证放电车辆的收益，同时减少了车辆总行驶路程等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法
本专利技术涉及电动汽车
，尤其是涉及一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法。
技术介绍
与传统汽车相比，电动汽车因其零排放、能源利用率高、噪声小等特点而受到欢迎。预计到2020年，全国电动汽车保有量将有500万辆。为避免大规模电动汽车的充电行为所引起的电力系统过载、电能质量降低等不利影响，国内外学者对电动汽车协调充电与放电进行了研究，相应策略的研究大致可分为电网到车辆(gridtovehicle，G2V)和车辆到电网(vehicletogrid，V2G)两类。随着双向充电器的应用，电动汽车的放电能量可通过能量聚合器对其他电动汽车进行电能补给，即实现V2V能量交换。充电站的选址会受配电网影响，而进行V2V能量交换的电能由于不传送回电网，因而能量交换站的分布不受电网限制。对于具有紧急充电需求的电动汽车，其剩余电量不足以行驶至充电站进行充电时，可选择分布较多的能量交换站进行能量交换从而满足用户需求。因其电力传输灵活的特点，V2V能量交换可能成为一种有潜力的平衡供需的运行方式，但目前对V2V的研究还处于初级阶段，尚未出现利用V2V的有效的且能够增加放电车辆总收益的能量交换策略。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，具体包括如下步骤：1)具有充放电要求的电动汽车接入V2V能量交换系统后，数据处理中心收集电动汽车和能量交换站传输的实时信息。收集的电动汽车信息包括充放电要求、电池状态和位置等信息；能量交换站信息为设备实时占用情况、排队情况和位置信息；2)计算进行V2V能量交换的充电车辆的充电时间间隔需求数和放电车辆的最大放电时间间隔数，即理想充/放电时间间隔数；3)按时间间隔数进行集群的划分，即将相同时间间隔数的充电车辆和放电车辆放入相同集群内，集群内分为充电车辆子集和放电车辆子集。充放电时间间隔数越大，集群序列号排列越前，能率先对充电需求大的车辆进行匹配；4)若集群k≤集群总数K，则转至步骤5)；否则，匹配完成，发布所有充电车辆和放电车辆匹配情况及进行能量交换的地点；5)在集群k内进行车辆时空匹配度的计算；6)在集群k内进行车辆匹配，若集群内所有车辆都有其匹配车辆，则进入下一集群k＝k+1，转至步骤4)；否则，转至步骤7)；7)若匹配失败车辆属于充电子集，则车辆充电需求得不到满足而选择放弃充电；否则，匹配失败的放电车辆用户降低其放电收益，即减小放电间隔数，转至步骤4)，进入下一集群进行匹配计算。优选地，步骤1)中的V2V能量交换系统是利用移动自组织网络(vehicularad-hocnetwork，VANET)方式实现通信，系统的主要单元包括：电动汽车、能量交换站、路边单元及数据处理中心。能量交换站为对电动汽车进行能量交换的聚合器单元。通过VANET通信，路边单元接收处于其通信覆盖区域内充放电车辆的信息，然后利用有线连接将其输送到数据处理中心。另一方面，能量交换站也将其设备实时占用情况、排队情况和位置信息传送到数据处理中心。数据处理中心计算出区域内所有可进行充放电车辆的最佳能量转换时间及地点，并将结果送至能量交换站和由路边单元送至各车辆。优选地，步骤2)中，数据处理中心接收到各车辆当前的电池状态及车辆信息后，可通过式(1)和式(2)将连续的充放电过程转换成离散的各车辆所需进行操作的理想充放电时间间隔数。同时，考虑车辆的安全运行，车辆电池荷电状态(stateofcharge，SOC)满足式(3)及式(4)，对于充电车辆，直至充到满电才结束；对于放电车辆，放电结束电池状态要求如式(5)所示，以保证能行驶至目的地。式中，i＝1…n，j＝1…m；IICi和IIDj分别为充电车辆i的充电时间间隔需求数和放电车辆j放电车辆的最大放电时间间隔数，SOCi和SOCj为分别为充电车辆i和放电车辆j当前的电池荷电状态；W为各车辆电池容量；Pi为充电车辆i的充电功率；Pj为放电车辆j的放电功率；l为车辆去往能量交换站路程行驶距离；Q为车辆每公里耗电量；和分别为充电车辆i与放电车辆j的最低起始SOC下限值；放电结束后电池荷电状态其下限为n和m分别为当前具有充放电需求的车辆共有n辆充电车辆和m辆放电车辆；ΔT为一个时间段内的时间；为向上取整；为向下取整。优选地，步骤5)中，电动汽车的充放电行为在时间和空间上具有耦合性，需分别在时间和空间两个尺度上对有充电需求的车辆和可进行放电的车辆进行匹配，从而得到利于双方的V2V能量交换机制。(1)时间层匹配本专利技术研究电动汽车充放电的实时调度，由于V2V能量交换的充放电方式下的电能不接入配电网，无需分时电价来进行充放电时间调配，因此本专利技术采用统一电价。各车辆所需进行操作的放电时段数计算放电车辆收益如式(6)所示。RIj＝IIDj×ρD(6)式中：ρD为放电价格。对于放电车辆，当放电时段数为该车所允许最大放电时段数时，用户收益最大；对于充电车辆，充电的时段数达到要求时才能满足用户需求。无论是充电车辆“少充”还是放电车辆“少放”皆对双方不利，因此，将充电车辆所需充电时段数与放电车辆最大放电时段数相等时为时间层最佳匹配，以保证满足充电车辆的充电要求和放电车辆的收益。定义的时间层匹配函数如式(7)所示。式中，Mi,j为进行V2V能量交换的充电车辆i与放电车辆j的时间层匹配度；ICi、IDj分别表示车辆i与j匹配时的实际充放电时间间隔数；Rj为放电车辆实际得到的收益。若充电车辆的充电需求不被满足，则时间层匹配度为0。本专利技术允许放电车辆减少放电时间间隔数，但会影响用户收益，并降低匹配度。(2)空间层匹配移动的电动汽车用户具有其出行目的地，当用户达到因充电里程引起焦虑状态时，先对车辆进行充电，再驶至目的地；当用户电池电量相对充足且时间充裕的情况下，可对其他车辆进行放电，再驶至家进行充电，通过电价差价获利。充分利用进行V2V能量交换供需两侧的移动负荷，以充电车辆和供电车辆的总行驶距离作为空间层匹配指标，如式(8)所示。lij＝li1+li2+lj1+lj2(9)式中，MMi,j为进行V2V能量交换的充电车辆i和放电车辆j的空间层匹配度；lij为充电车辆i与放电车辆j的总路程距离；和分别表示充电车辆i与放电j可获得的最大和最小总路程距离；充电车辆、放电车辆各自的行驶距离包括从当前位置驶至能量交换站距离l1及从能量交换站驶向目的地距离l2。可采用Floyd算法求解出每个道路节点与所有能量交换站之间的最短距离和路径。(3)时空双尺度匹配根据时间和空间层的匹配度函数，建立时空双尺度匹配度指标，如式(10)所示。其中，时空双尺度匹配度指标取值在[0，1]范围内，只有当时间层和空间层匹配度都最大时，时空双尺度匹配度最大。MatchDegreei,j＝Mi,j×MMi,j(10)优选地，步骤6)中，根据Kuhn-Munkres算法和Hungarian算法进行V2V匹配计算。将需要进行V2V能量交换的车辆按其充电集群和放电集群构成二部图，各边权重为充电车辆和放电车辆的匹配度。通过寻找可增广路与修改可行顶点，最终得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将具有充放电要求的电动汽车接入V2V能量交换系统，收集电动汽车和能量交换站传输的实时信息；2)计算进行V2V能量交换的充电车辆的充电时间间隔需求数及放电车辆的最大放电时间间隔数；3)按时间间隔数进行集群划分；4)对划分后的集群进行数量判断，若集群数量小于集群总数，则执行下一步，否则，匹配完成，发布所有充电车辆和放电车辆匹配情况及进行能量交换的地点；5)在集群内进行车辆双时空匹配度的计算；6)在集群内进行车辆匹配，若集群内所有车辆都有其对应的匹配车辆，则进入下一集群，转至步骤4)，否则，转至步骤7)；7)判断匹配失败的车辆类别，若匹配失败车辆属于充电子集，则选择放弃充电，否则，对匹配失败的放电车辆用户减小放电时间间隔数，转至步骤4)，对下一集群进行匹配计算。

【技术特征摘要】
1.一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将具有充放电要求的电动汽车接入V2V能量交换系统，收集电动汽车和能量交换站传输的实时信息；2)计算进行V2V能量交换的充电车辆的充电时间间隔需求数及放电车辆的最大放电时间间隔数；3)按时间间隔数进行集群划分；4)对划分后的集群进行数量判断，若集群数量小于集群总数，则执行下一步，否则，匹配完成，发布所有充电车辆和放电车辆匹配情况及进行能量交换的地点；5)在集群内进行车辆双时空匹配度的计算；6)在集群内进行车辆匹配，若集群内所有车辆都有其对应的匹配车辆，则进入下一集群，转至步骤4)，否则，转至步骤7)；7)判断匹配失败的车辆类别，若匹配失败车辆属于充电子集，则选择放弃充电，否则，对匹配失败的放电车辆用户减小放电时间间隔数，转至步骤4)，对下一集群进行匹配计算。2.根据权利要求1所述的一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，其特征在于，步骤2)中，充电车辆的充电时间间隔需求数的计算公式为：放电车辆的最大放电时间间隔数的计算公式为：式中，IICi和IIDj分别为充电车辆i的充电时间间隔需求数和放电车辆j放电车辆的最大放电时间间隔数，SOCi和SOCj为分别为充电车辆i和放电车辆j当前的电池荷电状态，W为各车辆电池容量，Pi为充电车辆i的充电功率，Pj为放电车辆j的放电功率，l为车辆去往能量交换站路程行驶距离，Q为车辆每公里的耗电量，和分别为充电车辆i与放电车辆j的最低起始电池荷电状态的下限值；为放电结束后电池荷电状态的下限值，i＝1…n，j＝1…m，n和m分别为当前具有充、放电需求的车辆数，ΔT为一个时间段内的时间，为向上取整，为向下取整。3.根据权利要求1所述的一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，其特征在于，步骤3)中，按时间间隔数进行集群划分的具体内容为：将相同时间间隔数的充电车辆和放电车辆放入相同集群内，集群内分为充电车辆子集和放电车辆子集。4.根据权利要求2所述的一种基于时空双尺度的匹配式V2V能量交换方法，其特征在于，步骤5)中，车辆双时空匹配度MatchDegreei,j的计算公式为：MatchDegreei,j＝Mi,...

【专利技术属性】
技术研发人员：于艾清，蒋怡静，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31